复叠式热泵系统

1.本实用新型涉及热泵系统技术领域，尤其涉及一种复叠式热泵系统。


背景技术：

2.随着全球能源形势及环境污染等问题日益严峻，节能减排已成为全世界关注的焦点，节能技术成为各国积极研发的目标。热泵因其制热效率高、节能、环保等优点而成为能源应用领域的研究热点。目前应用的热泵绝大多数为蒸汽压缩式的单级循环热泵，在采用补气增焓技术后，在低环境温度下可保持较高的效率。
3.然而普通单级热泵系统的供热温度一般不超过70℃。在工业生产中，常用到的干燥、加热等生产工艺都需要温度达到80℃以上，才能满足大部分工艺需求。因而，现有的对热量需求较大的生产工艺一般采用燃油/燃气锅炉供热，对热量需求较小的多采用电加热或电锅炉形式。因此，想要在工业生产中应用热泵系统，则需要提高热泵的供热温度。
4.目前常规单级空气源热泵的加热温度只能满足部分的工业生产工艺低温加热的需求。因此，为了提高供热温度，需采用复叠式热泵系统形式。但因机组高温化的问题，复叠式热泵系统中使用的节流装置受限。
5.例如，常规的电子节流阀长期处于高温工作状态导致节流装置使用寿命和可靠性严重降低，而采用热力膨胀阀不能很好地适应热泵机组调节性能的快速响应，进而导致热泵系统压力及温度发生振荡影响热泵系统制热量及压缩机可靠性。采用毛细管或节流短管等节流原件则无法适应高温热泵机组的变工况运行调节需要。此外，对于复叠式热泵系统，当环境温度降低后，机组蒸发温度降低明显导致制热性能衰减严重，同时低环境温度下蒸发器结霜问题会进一步降低热泵性能和热泵运行时间。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种复叠式热泵系统，用以解决现有技术中高温供热环境下节流装置的使用寿命下降，工作效率下降，以及低温环境下蒸发器结霜，使得整个系统的工作性能和效率均下降的缺陷，实现在提高供热温度的同时保障节流装置的使用寿命和使用温度，有效缓解蒸发器结霜的情况，实现长期稳定和高效的系统运行。
7.本实用新型提供一种复叠式热泵系统，包括：
8.高温级循环回路，包括：依次相连形成回路的第一压缩机、冷凝器、风冷过冷器、第一节流装置和换热器的一级换热侧；
9.低温级循环回路，包括：依次相连形成回路的第二压缩机、所述换热器的二级换热侧、第二节流装置和蒸发器；
10.其中，所述风冷过冷器与所述蒸发器相邻设置，
11.空气流经所述风冷过冷器形成第一风源，所述第一风源吹入所述蒸发器。
12.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，还包括第二风源，所述第二风源与所述第一风源混合后吹入所述蒸发器。
13.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，所述低温级循环回路还包括：四通换向阀和蓄热水箱，
14.其中，所述四通换向阀的第一阀口与所述第二压缩机的出口相连，第二阀口与所述换热器的所述二级换热侧的进口相连，第三阀口与所述第二压缩机的进口相连，第四阀口与所述蒸发器的出口相连，
15.所述蓄热水箱安装在所述换热器的所述二级换热侧的出口和所述第二节流装置之间。
16.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，所述高温级循环回路还包括：分流回路，所述第一压缩机包括补气口，
17.所述分流回路的入口与所述风冷过冷器连接，所述分流回路的支路出口与所述补气口连接，所述分流回路的主路出口与所述第一节流装置连接。
18.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，所述分流回路包括经济器，所述经济器包括三级换热侧和四级换热侧，
19.所述三级换热侧的进口与所述风冷过冷器连接，所述三级换热侧的出口与所述第一节流装置连接，
20.所述四级换热侧的进口与所述三级换热侧的进口连通，所述四级换热侧的出口与所述补气口连接。
21.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，所述分流回路还包括第三节流装置，所述第三节流装置设置在所述三级换热侧的进口与所述四级换热侧的进口之间。
22.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，所述分流回路包括闪发罐，所述闪发罐包括闪发入口、第一闪发出口和第二闪发出口，
23.所述闪发入口与所述风冷过冷器连接，所述第一闪发出口与所述补气口连接，所述第二闪发出口与所述第一节流装置连接。
24.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，所述分流回路还包括第四节流装置，所述第四节流装置设置在所述闪发入口和所述风冷过冷器之间，
25.或所述第四节流装置设置在所述补气口与所述第一闪发出口之间。
26.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，所述第一压缩机的进口处和所述第二压缩机的进口处安装有气液分离器。
27.根据本实用新型提供的复叠式热泵系统，
28.所述第一压缩机和所述第二压缩机均设置有压缩机变频器，所述换热器还设置有目标参数传感器，
29.其中，所述目标参数传感器与所述压缩机变频器相连，所述目标参数传感器包括温度传感器和/或压力传感器。
30.本实用新型提供的复叠式热泵系统，通过换热器将高温级循环回路和低温级循环回路进行连接和热量交换，通过在第一节流装置前设置风冷过冷器对管道内的液体进行降温，从而使流经第一节流装置的液体温度降低，提高第一节流装置的使用寿命，提高可靠性；通过将风冷过冷器与蒸发器相邻设置，使得冷空气依次流过风冷过冷器和蒸发器，冷空气通过风冷过冷器进行加温后吹向蒸发器，从而提高低温级蒸发温度，减少低温级的蒸发器结霜的可能，提升整个热泵系统的性能。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本实用新型提供的复叠式热泵系统的结构框图；
33.图2是本实用新型提供的复叠式热泵系统的结构示意图之一；
34.图3是本实用新型提供的复叠式热泵系统的结构示意图之二；
35.图4是本实用新型提供的复叠式热泵系统的结构示意图之三。
36.附图标记：
37.100：第一压缩机；
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101：冷凝器
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102：风冷过冷器；
38.103：第一节流装置；
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110：分流回路；
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111：经济器；
39.112：第三节流装置；
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113：闪发罐；
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114：第四节流装置；
40.120：使用侧流体出口；
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200：第二压缩机；
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300：换热器；
41.121：使用侧流体进口；
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202：蒸发器；
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203：四通换向阀；
42.204：蓄热水箱；
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201：第二节流装置；
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400：气液分离器；
43.301：目标参数传感器；
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401：低压开关；
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402：高压开关；
44.500：干燥过滤器；
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501：视液镜。
具体实施方式
45.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
46.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示
意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
49.下面结合图1至图4，对本实用新型的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本实用新型的示意性实施方式，并不对本实用新型构成限定。
50.如图1所示，本实用新型提供了一种复叠式热泵系统，包括：
51.高温级循环回路，包括：依次相连形成回路的第一压缩机100、冷凝器101、风冷过冷器102、第一节流装置103和换热器300的一级换热侧；
52.低温级循环回路，包括：依次相连形成回路的第二压缩机200、换热器300的二级换热侧、第二节流装置201和蒸发器202；
53.其中，风冷过冷器102与蒸发器202相邻设置，空气流经风冷过冷器102形成第一风源，第一风源吹入蒸发器202。换句话说，空气依次流过风冷过冷器102和蒸发器202。
54.换句话说，第一压缩机100的出口与冷凝器101的进口相连，冷凝器101的出口与风冷过冷器102的进口相连，风冷过冷器102的出口与第一节流装置103的进口相连，第一节流装置103的出口与换热器300的一级换热侧的进口相连，一级换热侧的出口与第一压缩机100的进口相连，从而形成高温级循环回路。
55.同理，第二压缩机200的出口与换热器300的二级换热侧的进口相连，二级换热侧的出口与第二节流装置201的进口相连，第二节流装置201的出口与蒸发器202的进口相连，蒸发器202的出口与第二压缩机200的进口相连，从而形成低温级循环回路。
56.针对本实用新型的风冷过冷器102与蒸发器202相邻设置而言，风冷过冷器102与蒸发器202相邻的放置在同一个风道内，并且，冷空气先进入到风冷过冷器102中变成热空气口吹到蒸发器202上，从而可以解决蒸发器202由于环境温度较低而结霜的问题。
57.进一步地，在高温级循环回路中，第一压缩机100经过冷凝器101流出的液体，温度较高，通过风冷过冷器102进一步地的降温。从而实现到达第一节流装置103的液体温度较低，不损伤第一节流装置103，保证第一节流装置103的使用寿命和工作效率。
58.针对本实用新型的换热器300而言，在高温级循环回路中，换热器300的一级换热侧将经过第一节流装置103的液体转化为气体，对液体加热后气化，经过一级换热侧释放的气体进入到第一压缩机100内，
59.相反，在低温级循环回路中，换热器300的二级换热侧将第二压缩机200释放的高温气体转化为液体，对气体进行液化，经过二级换热侧流出的液体进入第二节流装置201内。
60.综上，风冷过冷器102与蒸发器202相邻设置，使得空气依次流过风冷过冷器102和蒸发器202保证了整个复叠式热泵系统的高效工作。
61.本实用新型提供的复叠式热泵系统，通过换热器将高温级循环回路和低温级循环回路进行连接和热量交换，通过在第一节流装置前设置风冷过冷器对管道内的液体进行降温，从而使流经第一节流装置的液体温度降低，提高第一节流装置的使用寿命，提高可靠性；通过将风冷过冷器与蒸发器相邻设置，使得冷空气依次流过风冷过冷器和蒸发器，冷空气通过风冷过冷器进行加温后吹向蒸发器，从而提高低温级蒸发温度，减少低温级的蒸发
器结霜的可能，进而提升整个热泵系统的性能。
62.进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，复叠式热泵系统还包括第二风源，第二风源与第一风源混合后吹入蒸发器202。在本实施例中，第二风源可以是冷风也可以是热风，可以是空气中的风，也可以是其它设备吹出的风。
63.如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，低温级循环回路还包括：四通换向阀203和蓄热水箱204。
64.其中，四通换向阀203的第一阀口a与第二压缩机200的出口相连，第二阀口b与换热器300的二级换热侧的进口相连，第三阀口c与第二压缩机200的进口相连，第四阀口d与蒸发器202的出口相连。
65.此外，蓄热水箱204安装在换热器300的二级换热侧的出口和第二节流装置201之间。蓄热水箱204内置有电加热器。
66.当环境温度没有过低，例如高于零下20度时，通过风冷过冷器102对冷空气加温后吹到蒸发器202上，即可保证蒸发器202不结霜，从而不影响蒸发器正常的工作效率。
67.然后，当环境温度过低，例如低于零下20度时，经过风冷过冷器102吹出的热风远远达不到防止蒸发器202除霜的目的，因此需要通过调整四通换向阀203而实现除霜目的。
68.具体地说，调整四通换向阀203使第一阀口a与第四阀口d内部连通，相应地，第二阀口b与第三阀口c内部连通。
69.进而使得，第二压缩机200的出口与蒸发器202的出口相连，第二压缩机200的进口与换热器300的二级换热侧的进口相连。
70.从而实现，从第二压缩机200的出口流出的高温高压气体直接进入蒸发器202中，对蒸发器202进行除霜处理。从蒸发器202流出的液体进入蓄热水箱204中加热成气体，进入换热器300的二级换热侧，从而回到第二压缩机200内。
71.对蒸发器202除霜完毕后，调整四通换向阀203使第一阀口a与第二阀口b相连通，使第三阀口c与第四阀口d相连通。进行低温级循环回路的正常运行。
72.继续参考图2，在本实用新型的一个可选实施例中，高温级循环回路还包括：分流回路110。第一压缩机100包括补气口e。
73.进一步地，分流回路110的入口与风冷过冷器102连接，分流回路110的支路出口与补气口e连接，分流回路110的主路出口与第一节流装置103连接。
74.继续参考图2，在本实用新型的另一个实施例中，分流回路110包括经济器111，经济器111包括三级换热侧和四级换热侧。
75.其中，三级换热侧的进口与风冷过冷器102连接，三级换热侧的出口与第一节流装置103连接。
76.此外，四级换热侧的进口与三级换热侧的进口连通，四级换热侧的出口与补气口e连接。
77.换句话说，经济器111将流经风冷过冷器102而进入的液体，一部分输送至第一节流装置103中，另一部分转化成气体，经过第一压缩机100的补气口e进入到第一压缩机100内，实现补气功能，以增加高温级的制冷量。
78.进一步地，在本实用新型的另一个可选实施例中，分流回路110还包括第三节流装置112，第三节流装置112设置在三级换热侧的进口与四级换热侧的进口之间。
79.如图3所示，在本实用新型的一个可选实施例中，分流回路110包括闪发罐113，闪发罐113包括闪发入口、第一闪发出口和第二闪发出口，
80.闪发入口与风冷过冷器102连接，第一闪发出口与补气口e连接，第二闪发出口与第一节流装置103连接。
81.继续参考图3，在本实用新型的另一个可选实施例中，分流回路110还包括第四节流装置114，第四节流装置114设置在闪发入口和风冷过冷器102之间。
82.或如图4所示，第四节流装置114设置在补气口e与第一闪发出口之间。
83.参考图2至图4，在本实用新型的可选实施例中，第一压缩机100的进口处和第二压缩机200的进口处安装有气液分离器400。
84.参考图2至图4，在本实用新型的可选实施例中，第二节流装置201的进口处和风冷过冷器102的进口处均设置有干燥过滤器500。
85.在本实用新型的另一个实施例中，冷凝器101包括使用侧流体出口120和使用侧流体进口121。
86.其中，使用侧流体出口120和使用侧流体进口121用于与外界设备换热。
87.在本实用新型的一个可选实施例中，第一节流装置103、第二节流装置201、第三节流装置112和第四节流装置114可以采用电子膨胀阀或毛细管组件。
88.其中，毛细管组件包括多根毛细管以及与毛细管一一对应的电磁阀。
89.参考图3和图4，在本实用新型的一个实施例中，高温级循环回路和低温级循环回路的管路上设置有视液镜501，特别是在干燥过滤器500后设置有视液镜501，可以更好的观测到气液的转换程度。从而及时的调整各部件的参数。
90.此外，第一压缩机100和第二压缩机100均设置有压缩机变频器。如图3所示，换热器300还设置有目标参数传感器301，其中，目标参数传感器301电连接于压缩机变频器。目标参数传感器301包括温度传感器和/或压力传感器。
91.进一步地，目标参数传感器301包括设于换热器300的一级换热侧和二级换热侧的温度传感器，以及设于换热器300的第一级换热侧和二级换热侧的压力传感器中的一者或两者。可以根据目标参数传感器301来调节高温级和低温级的回路之间的能量平衡的，对于控制起到比较好的作用。
92.如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，第一压缩机100的出口处和第二压缩机200的出口处均安装有高压开关402；第一压缩机100进口处和第二压缩机200的进口处均安装有低压开关401。
93.本实用新型提供的复叠式热泵系统，包括高温级循环回路和低温级循环回路，两级之间通过换热器进行连接和热量交换，通过高温级循环回路中的冷凝器将热量最终传递至使用侧流体回路。
94.本实用新型的复叠式热泵系统将风冷过冷器设置于蒸发器一侧，使得冷空气依次流过风冷过冷器和蒸发器；从而可以有效提升热泵低温级循环蒸发温度，减少蒸发器结霜可能，提升热泵机组性能。同时可有效降低节流装置前温度，提升节流装置可靠性。
95.利用该复叠式热泵系统可以使得使用侧流体回路的温度达工农业领域工艺加热所需温度，为工农业领域高温加热需求提供更加节能环保的技术解决方案。
96.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种复叠式热泵系统，其特征在于，包括：高温级循环回路，包括：依次相连形成回路的第一压缩机、冷凝器、风冷过冷器、第一节流装置和换热器的一级换热侧；低温级循环回路，包括：依次相连形成回路的第二压缩机、所述换热器的二级换热侧、第二节流装置和蒸发器；其中，所述风冷过冷器与所述蒸发器相邻设置，空气流经所述风冷过冷器形成第一风源，所述第一风源吹入所述蒸发器。2.根据权利要求1所述的复叠式热泵系统，其特征在于，还包括第二风源，所述第二风源与所述第一风源混合后吹入所述蒸发器。3.根据权利要求1或2所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述低温级循环回路还包括：四通换向阀和蓄热水箱，其中，所述四通换向阀的第一阀口与所述第二压缩机的出口相连，第二阀口与所述换热器的所述二级换热侧的进口相连，第三阀口与所述第二压缩机的进口相连，第四阀口与所述蒸发器的出口相连，所述蓄热水箱安装在所述换热器的所述二级换热侧的出口和所述第二节流装置之间。4.根据权利要求1所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述高温级循环回路还包括：分流回路，所述第一压缩机包括补气口，所述分流回路的入口与所述风冷过冷器连接，所述分流回路的支路出口与所述补气口连接，所述分流回路的主路出口与所述第一节流装置连接。5.根据权利要求4所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述分流回路包括经济器，所述经济器包括三级换热侧和四级换热侧，所述三级换热侧的进口与所述风冷过冷器连接，所述三级换热侧的出口与所述第一节流装置连接，所述四级换热侧的进口与所述三级换热侧的进口连通，所述四级换热侧的出口与所述补气口连接。6.根据权利要求5所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述分流回路还包括第三节流装置，所述第三节流装置设置在所述三级换热侧的进口与所述四级换热侧的进口之间。7.根据权利要求4所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述分流回路包括闪发罐，所述闪发罐包括闪发入口、第一闪发出口和第二闪发出口，所述闪发入口与所述风冷过冷器连接，所述第一闪发出口与所述补气口连接，所述第二闪发出口与所述第一节流装置连接。8.根据权利要求7所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述分流回路还包括第四节流装置，所述第四节流装置设置在所述闪发入口和所述风冷过冷器之间，或所述第四节流装置设置在所述补气口与所述第一闪发出口之间。9.根据权利要求1所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述第一压缩机的进口处和所述第二压缩机的进口处安装有气液分离器。10.根据权利要求1所述的复叠式热泵系统，其特征在于，所述第一压缩机和所述第二压缩机均设置有压缩机变频器，所述换热器还设置有目标参数传感器，其中，所述目标参数传感器与所述压缩机变频器相连，所述目标参数传感器包括温度
传感器和/或压力传感器。

技术总结
本实用新型提供一种复叠式热泵系统，包括高温级循环回路包括：依次相连形成回路的第一压缩机、冷凝器、风冷过冷器、第一节流装置和换热器的一级换热侧；低温级循环回路包括：依次相连形成回路的第二压缩机、换热器的二级换热侧、第二节流装置和蒸发器；风冷过冷器与蒸发器相邻设置，空气流经风冷过冷器形成第一风源，第一风源吹入蒸发器。本实用新型提供的复叠式热泵系统，通过在第一节流装置前设置风冷过冷器对管道内的液体进行降温，提高第一节流装置的使用寿命，提高可靠性；将风冷过冷器与蒸发器相邻设置，使得冷空气依次流过风冷过冷器和蒸发器，冷空气通过风冷过冷器进行加温后吹向蒸发器，减少蒸发器结霜的可能，提升整个热泵系统的性能。热泵系统的性能。热泵系统的性能。


技术研发人员：唐明生 田长青 邹慧明
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：2021.07.08
技术公布日：2022/3/8